老挝甘蒙省晚白垩世农波组下段孢粉分析及成钾时代

钟晓勇, 袁 秦, 秦占杰, 魏海成, 山发寿*

1)中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源与化学重点实验室, 青海西宁 810008;2)中国科学院研究生院, 北京 100049

老挝甘蒙省晚白垩世农波组下段孢粉分析及成钾时代

钟晓勇1,2), 袁 秦1), 秦占杰1,2), 魏海成1), 山发寿1)*

1)中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源与化学重点实验室, 青海西宁 810008;2)中国科学院研究生院, 北京 100049

老挝含盐地层农波组成盐及成钾时代的研究对于阐明整个呵叻盆地的演化规律和钾盐矿床成因有着重要意义。在农波组的年代学问题上, 国内外学者还存在着很大的分歧。本文通过对老挝甘蒙省文泰矿区ZK012钻孔钾盐层上覆泥岩的孢粉分析, 结果表明其孢粉组合Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites, 结合Callistopollenites、Normapolles、Cicatricosisporites、Clavatipollenites、Asteropollis等特征分子的发现, 我们将该孢粉组合时代定为晚白垩世的土伦期-桑顿期; 孢粉及沉积相所反映的气候环境为干旱炎热的热带-亚热带环境。同时, 通过对同区域的ZK309钻孔对比分析, 该钻与ZK012钻孔具有相似的沉积序列, 钻孔底部出现的蒸发岩与砂岩的不整合面, 标志着一次构造运动, 呵叻湖盆边缘隆升封闭, 使卤水在这种较大的圈闭构造内得以留存, 并在持续干旱炎热的气候条件下沉积了巨厚的钾盐矿床。

老挝; 钾盐; 孢粉; 不整合面

呵叻高原位于泰国东北部和老挝中部, 普潘隆起将其分割为北部的沙空那空盆地和南部的呵叻盆地(钟维敷等, 2003)。两个盆地在晚白垩纪广泛发育蒸发岩沉积(Hite et al., 1979; Tabakh et al., 2003), 其中钾盐矿资源相当丰富, 可进入世界最大的钾盐沉积矿床之列(Hite et al., 1979; Utha-Aroon, 1993; Fan,2000)。根据最新钻探资料, 预计储量能达到420亿吨(Tabakh et al., 2003), 该区钾盐资源的开发, 将大大缓解我国工农业缺钾的现状; 我国云南兰坪—思茅盆地与沙空那空盆地、呵叻盆地处于同一构造带,盆地基底、盆地的形成、构造演化及沉积环境均有相似之处(曲懿华, 1997; 李兴振等, 2004)。因此, 该区钾盐矿床的研究, 可以为我国兰坪—思茅盆地钾盐矿床的寻找和研究提供重要借鉴。

呵叻盆地含盐地层在不同地区有不同名称, 在老挝甘蒙及沙湾拿吉地区称为农波组, 老挝万象地区则为塔贡组, 在泰国境内称为马哈萨拉堪组(Maha Sarakham Fm.), 实际上指的是同一套地层,本文中将其统称为农波组。Gardner等(1967)将马哈萨拉堪组年龄定为晚白垩世到始新世; David在总结法国、泰国、日本地质专家资料基础上, 编著了《柬埔寨、越南南部、老挝和泰国东部地质构造》一书,认为含盐层系属晚白垩世(David, 1977); 国内学者(云南省地质调查院、青海省核工业地质局等)通过对云南兰坪—思茅盆地和老挝万象盆地钾盐的对比研究认为该组时代应该属于古近纪而非晚白垩世(郭远生等, 2005; 冯明刚等, 2005; 雷爱全等, 2010)。实际上目前对呵叻盆地和沙空那空盆地内地层的划分尚存在较多争议(表1)。

孢粉学作为确定地质时代和地层对比研究的一个重要手段被广泛应用(王开发等, 1982; 李建国等,2005)。本文通过对ZK012钻孔岩芯钾石盐层上覆灰绿色泥岩进行孢粉学分析, 并结合对ZK309终孔处发现的不整合面沉积特征判断, 探讨了该区含盐地层中钾盐矿的沉积时代。

1 区域背景

研究区位于沙空那空盆地东北缘的老挝中南部甘蒙省他曲县(图 1), 其南部与沙湾拿吉盆地相邻,相当于呵叻盆地内部的次级凹地(刘成林等, 2009)。在大地构造背景中, 呵叻盆地处于东印支地块和欧亚板块的边缘, 其基底为晚元古代(中国地质科学院,1994)。其南、西及东北三面分别被北柬埔寨、南乌江、湄公河深大断裂控制, 构成一个独特的长期持续下降的凹陷带, 此凹陷带中沉积了大量的中新生代红色碎屑岩建造。虽然后期的构造变动产生了一些断裂和隆起, 形成了呵叻、沙空那空和沙湾拿吉等大小不等的盆地, 但它们之间在特定时期内具有大致相同的古气候条件、沉积环境、物质来源, 并具有基本相同成矿物质。因而, 地层系统、含矿特征极为相近。本区成矿物质主要来源于海水(程怀德等, 2010), 故在海侵期水域相通, 相互间可建立地层对比(曲懿华, 1997; 李兴振等, 1998)。

图1 呵叻盆地及矿区钻孔示意图(据韩元红, 2011)Fig. 1 Geological sketch map of Khorat plateau and drilling locations in the mining area(after HAN Yuan-hong, 2011)

2 研究方案

本区矿层主要赋存于农波组下段(严城民等,2006), 本文选取了该矿区的两个钻孔: 甘蒙—沙湾拿吉 ZK012号钻孔和 ZK309钻孔, 两个钻孔具有相似的沉积序列, 并在 ZK309终孔处发现了硬石膏与下伏砂岩层的不整合面(图2)。本文对ZK012钻孔岩芯开展了孢粉学分析, 取样位置为钾盐层上部的灰绿色泥岩层(图3), 取样间隔为1 m, 共获取8个样品。

我们采用常规酸碱处理法, 对ZK012钻孔泥岩样品进行孢粉提取和研究, 发现了可观的孢粉化石。

3 实验结果

ZK012灰绿色泥岩层中所取的 8个样品中(LW01至 LW08), 均获得丰富的孢粉, 孢粉分析结果表明样品中裸子植物花粉含量较高, 百分含量为81.4%～100%, 平均为 90.7%, 蕨类孢子次之, 其百分含量为 7.7%～13.6%, 平均为 10.2%。被子植物花粉最少, 仅少量出现于LW03、LW04、LW05、LW07中, 百分含量0.5%～5.1%(表2)。

其中蕨类孢子中主要有:Cyathidites、Punctatisporites、Verrucosisporites、Pterisisporites、Deltoidoiporaties、Gabonisporis、Cicatricosisporites、Osmundacidites、Trisolissporites、Cibotiumspora、Simhanasporites、Appendicisporites。裸子植物花粉主要有:Classopollis、Ephedripites、Exesipollenites、Jugella、Araucariacites、Podocarpidites、Cycadopites、Perinopollenites。被子植物花粉主要有:Callistopollenites、Asteropollis、Tricolpites、Normapolles、Hammenia、Clavatipollenites、Retitricolpites、Monocolpopollenite。

裸子植物花粉在本组合中占据优势地位, 其中Classopollis、Ephedripite、Exesipollenites含量较高,共占到全部花粉含量的 41%,Jugella、Araucariacites、Podocarpidites、Perinopollenites、Cycadopites等也常见到, 可占到孢粉总数的15.4%(图 4)。Pinus含量较少, 仅分布在 LW07、LW08样中, 分别为 0.5%和 1.9%; 蕨类孢子中, 出现最多的是Deltoidoiporaties, 分布于 5个样中, 平均含量为 4.2%。其次是Cyathidites,平均含量为 1.17%。Pterisisporites、Gabonisporis等含量较少但出现频率较高, 还有Osmundacidites、Trisolissporites、Appendicisporites、Cicatricosisporites等在个别样中少量出现; 被子植物花粉含量较低, 其中以Clavatipollenites出现的频率略高, 在 LW05样和LW07样中含量分别为 4.2%和 0.5%。另有Callistopollenites、Asteropollis、Tricolpites Normapolles、Retitricolpites、Monocolpopollenites在个别样中出现, 含量较少。

4 讨论

4.1 地层时代

图2 ZK012泥岩和ZK309不整合面示意图Fig. 2 Mudstone of ZK012 and unconformity of ZK309

图3 矿区钻孔柱状图Fig. 3 Borehole columnar section of the mining area

ZK012钻孔孢粉组合以Classo pollis-Ephedripites-Exesipollenites为主。Classopollis在我国新疆塔里木盆地西部库克拜组、东巴组, 云南江城勐野井组, 吉林扶余泉头组等各地白垩统地层中常有产出(宋之琛等, 1986; 张一勇, 1993, 1999);Exesipollenites在新疆塔里木盆地西部库克拜组、东巴组, 广东三水盆地及其他各地上白垩统地层中也均有发现(宋之琛等, 1986; 张一勇, 1993, 1999);Ephedraceae在广东三水盆地白鹤洞组、江苏北部盆地泰州组白垩系地层中也属主要分子(宋之琛等,1986; 张一勇, 1996)。组合中出现频率较高的还有Jugella, 它常见于白垩纪地层中, (董宝林等, 1991;张一勇等, 2000)。另外被大量发现于我国晚白垩世到早第三纪地层中的蕨类孢子也均有产出, 如:Deltoidoiporaties在5个样中含量较高, 平均含量达4.2%,Gabonisporis出现在三个样中, 平均含量为1.97%,Cyathidites为 1.17%,Osmundacidites为2.34%。少量出现的蕨类孢子有Punctatisporites、Verrucosisporites等。更重要的是, 我们在LW05中发现了仅存在于白垩纪的孢子Trisolissporites, 含量为 0.8%, 它常被认为白垩纪的标志分子(张一勇,1993, 1999), 故本组合时代确定在白垩纪无疑。

样品中出现的少量被子植物花粉对于进一步确定地质时代具有重要的意义。本组合中出现的主要有Clavatipollenites、Asteropollis 、Retitricolpites、Hammenia, 此类较古老被子植物花粉产出的代表层位是二连盆地早白垩世晚阿尔必期哈达图组上部(张一勇, 1999; 花如洪, 1991), 其出现从早白垩世一直延续到晚白垩土伦期(张一勇, 1993),Asteropollis在江西湖北地区土伦期至桑顿期的地层中尚有发现, 它们与蕨类植物和裸子植物Cycadopites、Trisolissporites、 Gabonisporis、 Jugella共生常见于晚白垩世赛诺曼期, 代表性产出层位是新疆塔里木盆地西部赛诺曼期库克拜组上段, 其中三花孢、无突肋纹孢、苏铁粉一直延续到桑顿期(张一勇等,2000; 宋之琛等, 1989)。上述花粉中Clavatipollenites、Asteropollis出现的时代不早于晚巴列姆期(宋之琛等, 1986; 张一勇, 1999)。Hammenia在早、中阿尔必期才开始出现(张一勇,1999)。Trisolissporites、Gabonisporis、Jugella、Cicatricosisporites在东南亚地区土伦期至桑顿期地层中也能少量见到(张一勇, 1993, 1999; 张一勇等,2000), 桑顿期后再未发现相关报道。此外,Callistopollenites在坎佩尼期最为繁盛, 在土伦期至桑顿期的地层中也曾有产出(张一勇, 1993; 余静贤等,1988)。Normapolles在土伦早期开始出现, 美国亚拉巴马州土伦期Raritan组和大西洋沿岸的土伦至桑顿期Tuscaloosa组至Magothy组也发现了较多的正型类分子(张一勇, 1993); 正型粉和华丽粉等晚白垩世坎佩尼期比较繁盛的分子(李建国等, 2008)含量极少,在本组合中只是零星可见, 其孢粉组合时代应当未进入坎佩尼期。综上所述, 考虑到组合中出现了高含量的克拉梭粉、隐孔粉、麻黄粉, 少量的无突肋纹孢、纵肋单沟粉、哈门粉、加蓬孢, 以及极少量的正型粉、华丽粉等因素, 将孢粉组合所指示的时代定为晚白垩世土伦期至桑顿期是适宜的, 也不排除其进入赛诺曼期的可能性。

表2 ZK012钻孔孢粉百分含量Table 2 Percentage of sporo-pollen from core ZK012

图4 老挝钻孔孢粉百分含量Fig. 4 Pollen percentages of selected taxa from core and outcrop sections in Laos

4.2 古气候环境

根据上述研究结果, ZK012钻孔孢粉组合中含有丰富的Classopollis和Exesipollenites, 广东三水盆地白鹤洞组的孢粉组合以克拉梭粉、隐孔粉、麻黄科分子丰富以及被子植物较少为特征, 所反映的气候为干旱的热带或亚热带气候(宋之琛等, 1986)。类似的组合在晚白垩的大塱山组也曾经出现, 反映的气候为较干旱的亚热带气候(余静贤等, 1988), 这些都是耐旱的或适应海滨盐碱地的植物(宋之琛等,1986; 李建国等, 2008)。晚白垩世中国中原区和南方区的孢粉植物群也以Classopollis为优势特征, 反映的是干旱或半干旱亚热带气候。与Exesipollenites有亲缘关系的现代麻黄科(Ephedraceae)植物大多生长在热带-亚热带-温带干旱环境中, 属耐旱性植物。同时组合中未发现两气囊类裸子植物, 而蕨类孢子的类型相对也较为单调。因此、根据上述分析认为研究区在这一时期以炎热干旱气候为主, 这与钾盐成矿时所需的持续干旱气候是吻合的。

结合对岩芯沉积相分析: 泥岩(图2)自下而上的变化为: 青灰、深灰色的泥岩→青灰、棕褐杂色的泥岩→棕褐色的泥岩, 表现了从深水还原环境-浅水氧化环境的转变; 从蒸发岩来看, 下膏盐层由含石膏的岩盐转变为钾石盐岩或光卤石岩, 本身也表现出了成盐作用逐步增强的过程, 也就是从深水环境向浅水环境的逐渐过渡。

综上所述, 我们推断研究区从赛诺曼期-土伦期的气候应该是炎热的热带-亚热带环境。

4.3 钾盐成矿

与ZK012钻孔同区域(图1)的ZK309钻孔底部发现了硬石膏与砂岩之间的不整合面, 而该不整合面在该地区广泛存在(郭远生等, 2005), 时代略早于ZK012钻孔的孢粉时代, 其代表的地质构造运动应发生于晚白垩早期, 笔者推断与燕山运动相关。

有证据表明燕山晚期南中国地区的强烈陆内汇聚作用(李兴振等, 1998), 使沉积盆地范围不断收缩而呈串珠状(李兴振等, 1998), 先期古海水在北部的羌塘盆地沉积了碳酸盐和硫酸盐(陈明等, 2005; 吴滔等, 2010), 笔者推测随着构造运动发展, 后期迁移的改造卤水在兰坪—思茅盆地形成缺失碳酸盐的岩盐沉积, 最后在呵叻盆地得以留存, 并在白垩纪干旱的气候条件下出现钾盐矿沉积。

5 结论

1)甘蒙省 ZK012钻孔的孢粉组合为Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites, 所反映的气候为炎热的热带-亚热带环境, 含盐地层时代为晚白垩世的土伦期至桑顿期。

2)ZK309钻孔底部出现的蒸发岩与砂岩之间的不整合面, 标志着一次重要的构造运动, 使呵叻湖盆东南部隆升封闭, 使卤水在这种较大的圈闭构造内得以留存, 在持续干旱的气候条件下沉积了巨厚的钾盐矿床, 其成矿时代应不晚于桑顿期。

综上所述, ZK012钻孔孢粉组合特征反映的呵叻盆地边缘钾盐矿的成矿时代, 由于钻孔数量及分布区域的限制, 本文仅研究了盆地边缘的钻孔资料,尚缺乏盆地内部和其它区域的数据对比, 可望在今后的工作中得到进一步的补充和完善。

致谢: 本文的孢粉提取和鉴定工作得到了中国科学院南京古生物研究所李建国老师和河北师范大学许清海教授的悉心指导; 评审专家、编辑及中国科学院青海盐湖研究所张西营副研究员在文章修改中提供了宝贵的建议, 在此表示衷心的感谢！

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The Sporo-pollen Analyses and Ore-forming Age of Nong Bok Formation in Khammouane, Laos

ZHONG Xiao-yong1,2), YUAN Qin1), QIN Zhan-jie1,2), WEI Hai-cheng1), SHAN Fa-shou1)
1)Key Laboratory of Salt Lake Resources and Chemistry, Qinghai Institute of Salt Lake, Chinese Academy of Sciences,Xining, Qinghai810008;2)Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049

The study of salt-bearing strata in Laos has an important significance for clarifying evolution law and potash deposit genesis in the whole Khorat plateau and its sub-basin. There has existed controversy among researchers both in China and abroad concerning the age of salt-bearing strata. The authors analyzed sporopollen over the potassium salt layer of ZK012 in the Wentai mining area of Khammouane, Laos. According to the characteristics of sporopollen, the authors define it asClassopollis-Ephedripites-Exesipollenitesassemblage. In combination with the discovery of the index fossils ofCallistopollenites,Normapolles, Cicatricosisporites,Clavatipollenites, AsteropollisandTrisolissporites, the authors hold that the age of sporopollen assemblage in ZK012 drill hole is between Turonian and Santonian of Late Cretaceous, and the climate condition should be a hot,tropical and south subtropical environment. A comparative analysis of the sedimentary characteristics of ZK309 drill hole was also made, which has the same depositional sequence as ZK012. In addition, the unconformity between the evaporate and the underlying sandstone was found at the bottom of ZK309. On such a basis, the authors consider that the Yanshanian movement in early Late Cretaceous caused the rising of the earth crust and the tectonic deformation of this area. Ancient seawater was retained in the big trap structure of Khorat basin along with the regression, and evaporites were deposited under the condition of subsequent arid climate.

potash salt; Laos; sporopollen; unconformity

Q914.81; P578.32; Q911.6

A

10.3975/cagsb.2012.03.06

本文由国家973项目“中国陆块海相成钾规律及预测研究”(编号: CB403006)资助。

2012-01-23; 改回日期: 2012-03-31。责任编辑: 魏乐军。

钟晓勇, 男, 1985年生。硕士研究生。主要从事钾盐矿床及古生物地层学研究。通讯地址: 810008, 青海省西宁市城西区新宁路18号。E-mail: zxyyxz618@163.com。

*通讯作者: 山发寿, 男, 1963年生。研究员。主要从事钾盐矿床及古生物地层学研究。通讯地址: 810008, 青海省西宁市城西区新宁路18号。电话: 0971-6330530。E-mail:。